专利名称：发光元件和使用该发光元件的图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种出射线偏振光的发光元件和一种使用该发光元件的图像显示装置。
背景技术：
提出了使用发光二极管(LED)作为发光元件的图像显示装置。这种类型的图像显示装置包括如下结构，该结构包括多个LED，其出射每一种均具有红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)颜色分量的光；照明光学系统，从该多个LED出射的光入射在该照明光学系统中；光 阀，其包括从照明光学系统出射的光入射在其上的液晶显示器面板；颜色合成棱镜，其合成从光阀出射的、具有每一种颜色的光；和投影光学系统，其用于将从颜色合成棱镜出射的光投影到投影面上。半导体被用于LED，并且通常使用III-V族半导体。为了提高投影图像的亮度，对于包括上述结构的图像显示装置的要求在于，在可能的程度上，它不在从发光元件到投影光学系统的光路中产生光损耗。在上述结构组件中，液晶显示器面板和颜色合成棱镜是具有偏振依赖性的组件，并且相应地理想的是发光元件出射线偏振光，从而给予光学系统更高的效率。另外，如在非专利文献I (SID 06DIGEST,2006, pp. 1808-1811，61. 1，PhotonicLattice LEDs for RPTV Light Engines (用于 RPTV 光引擎的光子晶格 LED), ChristianHoepfner)中描述地，光学系统的效率由于光学扩展量(Etendue)而受到限制，光学扩展量由发光元件的面积和辐射角的乘积确定。具体地，如果发光元件的面积和辐射角的乘积的值未被控制为等于或者小于光阀的入射面的面积和由照明光学系统的F数确定的光接收 角的乘积的值，则从发光元件出射的光将不被用作投影光。因此，在使用LED的图像显示装置中，尚未解决的是发现一种用于提高发光元件的亮度而不放大发光元件的面积，从而减小从发光元件出射的光的光学扩展量的方式。为了出射具有大偏振比的光，专利文献I (JP2009-111012A)公开了一种半导体发光元件，该半导体发光元件被制备为使非极性面成为晶体的主生长面。为了减小光学扩展量并且出射具有高偏振转换效率的线偏振光，专利文献2(JP2007-109689A)公开了一种发光兀件，该发光兀件包括发光部，其被设置在参考平面上并且出射光；入/4相位板，其被设置在发光部的出射面侧中；反射型偏振板，其被设置在入/4相位板的出射面侧中，该反射型偏振板允许在第一振动方向上的偏振光从其中通过并且反射在与第一振动方向垂直的第二振动方向上的偏振光；和光学部，其被设置在反射型偏振板的出射面侧中并且其中折射率在与参考平面平行的平面内的两个方向上周期地改变。引用列表专利文献专利文献I Jp2OO9-IIIOI2A专利文献2 JP2007-109689A
非专利文献非专利文献1:SID 06 DIGEST, 2006, pp. 1808-1811,61. I, Photonic LatticeLEDs for RPTV Light Engines (用于 RPTV 光引擎的光子晶格 LED), Christian Hoepfner
发明内容
技术问题在于专利文献I中描述的半导体发光元件中，非极性面成为晶体的主生长面，并且相应地有必要从其极性面是主表面的普通衬底切出其非极性面是主表面的衬底并且使用切出的衬底。因此，半导体发光元件不能放大衬底的面积并且具有其中生产率不良的问题。在于专利文献2中描述的发光元件中，通过使用反射型偏振板，出射光的偏振方向被一致化；被反射型偏振板反射的光被设置在发光部的出射面的相反侧上的反射性电极反射,并且在反射性电极和、/4相位板之间往复；由此振动方向以90°改变；并且所产生的光再次入射在反射型偏振板上，并且通过反射型偏振板。然而，因为被反射型偏振板反射的光和被反射性电极反射的光的一部分在被置放在反射型偏振板和反射性电极之间的发光部的出射面上反射，所以考虑由多重反射引起的光衰减，偏振转换的效率是低的，并且存在其中难以获得更高亮度的问题。另外，因为X/4相位板不是导电的，所以在发光部的出射面侧中的电极不能被设置在发光元件的出射面上，并且有必要移除反射型偏振板和、/4相位板的一部分，并且在发光部的出射面中设置电极。然后，存在生产率不良的问题。本发明是关于相关技术中的上述问题设计的，并且本发明的目的在于提供一种发光元件，该发光元件出射线偏振光、具有高效率、能够示出更高的亮度并且还具有足够的生产率。问题方案根据本发明的发光元件是包括由产生光的半导体构成的活性层的发光元件，并且包括偏振层,该偏振层在于活性层中产生的光中允许在第一方向上的偏振分量从其中通过，反射在与第一方向垂直的第二方向上的偏振分量，该偏振层形成在与活性层同族的半导体上，并且包含与活性层同族的半导体或者金属；反射层，该反射层相对于活性层被设置在与偏振层相反的一侧中，并且反射已经被偏振层反射的光；和波长板层，该波长板层被设置在偏振层和反射层之间，该波长板层改变已经被偏振层反射的光和已经被反射层反射的光的偏振态，并且包含与活性层同族的半导体。根据本发明的图像显示装置采用包括上述结构的发光元件。本发明的有利效果根据本发明的发光元件是通过使用偏振层而将出射光的偏振方向一致化的元件；已经被偏振层反射的光被反射层反射并且在反射层和波长板层之间往复；由此改变偏振态；并且所产生的光再次入射在偏振层上，并且通过偏振层。 活性层由半导体构成，偏振层形成在与活性层同族的半导体上并且包含与活性层同族的半导体或者金属，并且波长板层包含与活性层同族的半导体。由此，发光元件能够实现在偏振层和反射层之间不存在任何反射光的面的状态，并且相应地偏振转换的效率是高的,并且能够示出更高的亮度。另外，电极可以被设置在发光元件的出射面上，因为偏振层和波长板层是导电的，并且可以通过使用其极性面是主表面的普通衬底而放大衬底的面积。相应地，生产率是足够的。附图简要说明图I是示意根据本发明的发光元件的一个示例性实施例的结构的截面视图。
图2是示意在图I中的偏振层107的一个结构实例的透视图。图3是示意在图2中示意的偏振层中在波长和效率之间的关系的计算实例的视图。图4是示意在图I中的偏振层107的另一结构实例的透视图。图5是示意在图4中示意的偏振层中在波长和效率之间的关系的计算实例的视图。图6是示意在图I中的波长板层103的一个结构实例的透视图。图7是示意在图6中示意的波长板层中在波长和效率之间的关系的计算实例的视图。图8是示意在图6中示意的波长板层中在波长和相位差之间的关系的计算实例的视图。图9是示意使用根据本发明的发光元件的图像显示装置的一个示例性实施例的结构的框图。
图10是示意使用根据本发明的发光元件的图像显示装置的另一示例性实施例的结构的框图。图11是示意使用根据本发明的发光元件的图像显示装置的另一示例性实施例的结构的框图。图12是示意在图9中示意的图像显示装置的驱动系统的结构的视图。图13是示意在图10中示意的图像显示装置的驱动系统的结构的视图。图14是示意在图11中示意的图像显示装置的驱动系统的结构的视图。
具体实施例方式将在下面参考附图描述根据本发明的具体示例性实施例。图I是示意根据本发明的发光元件100的一个示例性实施例的结构的截面视图。在发光元件100中，实际的各层的厚度是极薄的并且在各层的厚度之间的差异是大的；并且相应地难以绘制其中各层比率为准确的图。因此，在图中，各层未根据实际比率绘制而是被概略地示意。将反射层102、波长板层103、P型半导体层104、活性层(active layer) 105、N型半导体层106和偏振层107按照这个次序堆叠在基台(submount) 101。未示出的P型电极形成在基台101的下部面上，并且未示出的N型电极形成在偏振层107的上部面上。将例如Si用于基台101的材料。将例如Al用于反射层102的材料。
当发光元件100出射蓝色或者绿色颜色光时，将例如已经掺杂有Mg的GaN用于P型半导体层104的材料。将多重量子讲结构(multiple quantum well structure)用于活性层105，在该多重量子阱结构中例如将使用GaN作为材料的层和使用InGaN作为材料的层交替地堆叠。将例如已经掺杂有Si的GaN用于N型半导体层106的材料。该材料中的任何一种均是III-V族半导体。当发光元件100出射具有红色颜色分量的光时，将例如已经掺杂有Zn的InGaAlP用于P型半导体层104的材料。将多重量子阱结构用于活性层105，在该多重量子阱结构中例如将使用InGaP作为材料的层和使用InGaAlP作为材料的层交替地堆叠。将例如已经掺杂有Si的InGaAlP用于N型半导体层 106的材料。该材料中的任何一种均是III-V族半导体。将例如包含Au的合金用于P型电极和N型电极的材料。将在下面描述一种用于制造发光元件100的方法。首先，将N型半导体层106、活性层105和P型半导体层104顺序地形成在衬底上。接着，将波长板层103形成在P型半导体层104上。接着，将反射层102形成在波长板层103上。接着，将反射层102固定在基台101上，并且移除衬底。接着，将偏振层107形成在N型半导体层106上。最后，形成P型电极和N型电极。将在下面描述本示例性实施例的操作的简要总结。通过在P型电极和N型电极之间施加电压，并且使得电流在电极之间流过，光在活性层105中产生。已经在活性层105中产生的光包含朝向各个方向的分量。在活性层105中产生并且朝向N型半导体层106侧行进的光通过N型半导体层106，并且入射在偏振层107上。在活性层105中产生并且朝向P型半导体层104侧行进的光通过P型半导体层104和波长板层103，被反射层102反射，通过波长板层103、P型半导体层104、活性层105和N型半导体层106，并且入射在偏振层107上。偏振层107允许在入射光中在第一方向上的偏振分量从其中通过，并且反射在与第一方向垂直的第二方向上的偏振分量。换言之，在已经入射在偏振层107上的光中,在第一方向上的偏振分量通过偏振层107,并且在第二方向上的偏振分量被偏振层107反射。已经被偏振层107反射的光通过N型半导体层106、活性层105、P型半导体层104和波长板层103，被反射层102反射，通过波长板层103、P型半导体层104、活性层105和N型半导体层106，并且再次入射在偏振层107上。波长板层103改变已经被偏振层107反射的光和已经被反射层102反射的光的偏振态。此时，已经被偏振层107反射、已经被反射层102反射并且再次入射在偏振层107上的光在偏振层107和波长板层103之间往复；由此偏振态被改变；并且所产生的光具有在第一方向上的偏振分量。在已经入射在偏振层107上的光中，在第一方向上的偏振分量再次通过偏振层107，并且在第二方向上的偏振分量被偏振层107反射。通过重复这个动作，已经在活性层105中产生的光的全部最终均通过偏振层107。结果，从发光元件100出射的光成为其偏振方向是第一方向的线偏振光。作为信息，当发光元件100出射具有绿色颜色分量的光时，可以将例如已经掺杂有N的MgSe/BeZnTe用于P型半导体层104的材料，可以将例如BeZnSeTe用于活性层105的材料，并且可以将例如已经掺杂有Cl的MgSe/ZnCdSe用于N型半导体层106的材料。该材料中的任何一种均是II-VI族半导体。将在下面描述偏振层107和波长板层103的具体结构。图2是示意在图I中的偏振 层107的一个结构实例的透视图。在于图2中示意的实例中，在N型半导体层201的表面上将凹槽形成为条纹形状，并且在凹槽的凸部上的金属202被形成为条纹形状。凹槽的凸部和金属202构成偏振层。凹槽的凸部和金属202的纵向方向是在图中的Y轴方向。这个偏振层允许在入射光中在与凹槽的纵向方向和金属202的堆叠方向垂直的、图中的X轴方向上的偏振分量从其中通过，并且反射在图中的Y轴方向上的偏振分量。当发光元件100出射蓝色或者绿色颜色光时，将例如已经掺杂有Si的GaN用于N型半导体层201的材料。当发光元件100出射具有红色颜色分量的光时，将例如已经掺杂有Si的InGaAlP用于N型半导体层201的材料。将例如Al用于金属202的材料。将在下面描述一种用于制造在图2中示意的偏振层的方法。首先，金属202形成在N型半导体层201的表面的整个面上。接着，将光阻材料涂布在金属202上。接着，通过使用光掩模而暴光和显影，将光阻材料图案化成条纹形状。接着，将金属202形成为条纹形状，并且还通过使用用于掩模的图案化光阻材料的蚀刻而在N型半导体层201的表面上形成具有条纹形状的凹槽。最后，将光阻材料移除。图3是示意在图2中示意的偏振层中在波长和效率之间的关系的计算实例的视图。在计算中，假设如下情形，其中发光元件100出射具有蓝色颜色分量的光；并且将GaN用于N型半导体层201的材料，并且将Al用于金属202的材料。另外，将在N型半导体层201和金属202的表面上形成的凹槽的凸部的周期设定为lOOnm，其宽度设定为50nm，凹槽的凸部的高度设定为200nm，并且金属202的厚度设定为200nm。在图中，水平轴表示波长，并且竖直轴表示效率。另外，实心圆表示TE偏振分量(在图2中的Y轴方向上的偏振分量)的反射率，并且空心圆表示TM偏振分量(在图2中的X轴方向上的偏振分量)的透射率。在450nm的波长附近，TE偏振分量的反射率和TM偏振分量的透射率是闻的，并且理解到这个偏振层允许TM偏振分量从其中通过并且反射TE偏振分量。在450nm的波长下，TE偏振分量的反射率是82%,并且TM偏振分量的透射率是79%。这个偏振层在中心波长处具有稍微低的效率，但是具有宽的波长带。换言之，通过在其中采用在图2中示意的偏振层，发光元件可以获得能够在宽的波长带中出射线偏振光的效果。在于图2中示意的实例中，在N型半导体层201的表面上将凹槽形成为条纹形状，并且在凹槽的凸部上将金属202被形成为条纹形状，但是还可以在其表面上未形成任何凹槽的N型半导体层201上将金属202形成为条纹形状。图4是示意在图I中的偏振层107的另一结构实例的透视图。在于图4中示意的实例中，将已经堆叠在N型半导体层401上的半导体402形成为条纹形状。将半导体402以如下方式形成，使得具有高折射率的层和具有低折射率的层交替地堆叠。半导体402构成偏振层。半导体402的纵向方向是在图中的Y轴方向。这个偏振层允许在入射光中在与凹槽的纵向方向和半导体402的堆叠方向垂直的、图中的X轴方向上的偏振分量从其中通过，并且反射在图中的Y轴方向上的偏振分量。当发光元件100出射蓝色或者绿色颜色光时，将例如已经掺杂有Si的GaN用于N型半导体层401的材料。将例如已经掺杂有Si的GaN和已经掺杂有Si的AlN分别地用于在半导体402中具有高折射率的层和具有低折射率的层的材料。当发光元件100出射具有红色颜色分量的光时，将例如已经掺杂有Si的InGaAlP用于N型半导体层401的材料。将例如已经掺杂有Si的InGaAlP和已经掺杂有Si的InAlP分别地用于在半导体402中具有高折射率的层和具有低折射率的层的材料。将在下面描述一种用于制造在图4中示意的偏振层的方法。首先，将半导体402以如下方形成式，使得具有高折射率的层和具有低折射率的层交替地堆叠在N型半导体层401的表面的整个面上。接着，将光阻材料涂布到半导体402上。接着，通过使用光掩模而暴光和显影，将光阻材料图案化成条纹形状。接着，通过使用用于 掩模的图案化光阻材料的蚀刻，将半导体402形成为条纹形状。最后，将光阻材料移除。图5是示意在图4中示意的偏振层中在波长和效率之间的关系的计算实例的视图。在计算中，假设如下情形，其中发光元件100出射具有蓝色颜色分量的光；并且将GaN用于N型半导体层401的材料，并且将GaN和AlN分别地用于在半导体402中具有高折射率的层和具有低折射率的层的材料。另外，将半导体402的周期设定为lOOnm，其宽度设定为50nm，在半导体402中具有高折射率的层和具有低折射率的层的厚度分别地设定为67nm和58nm，并且层的数目每一个均设定为十层。在图5中，水平轴表示波长，并且竖直轴表示效率。另外，实心圆表示TE偏振分量(在图4中的Y轴方向上的偏振分量)的反射率，并且空心圆表不TM偏振分量(在图4中的X轴方向上的偏振分量)的透射率。在450nm的波长附近，TE偏振分量的反射率和TM偏振分量的透射率是闻的，并且理解到这个偏振层允许TM偏振分量从其中通过并且反射TE偏振分量。在450nm的波长下，TE偏振分量的反射率是89%,并且TM偏振分量的透射率是97%。在中心波长处，这个偏振层具有稍微窄的波长带，但是具有高的效率。换言之，通过在其中采用在图4中示意的偏振层，发光元件可以获得能够在中心波长处出射线偏振光的效果。图6是示意在图I中的波长板层103的一个结构实例的透视图。在于图6中示意的实例中，在P型半导体层601的背面上将凹槽602形成为条纹形状。凹槽602的凸部构成波长板层。凹槽602的凸部的纵向方向相对于图中的X轴方向和Y轴方向形成45°的角度。这个波长板层对于已经从偏振层107侧入射的、被反射层102反射并且朝向偏振层107侧出射的光，在与凹槽602的凸部的纵向方向平行的偏振分量和与凹槽602的凸部的纵向方向垂直的偏振分量之间给予大致180°的相位差。换言之，利用将这个波长板层和反射层102组合的方法形成的层用作反射型的1/2波长板。此时，将已经从偏振层107侧入射在波长板层上并且已经具有图中的Y轴方向的偏振方向的线偏振光从波长板层朝向偏振层107侧出射作为其偏振方向是图中的X轴方向的线偏振光。当发光元件100出射具有蓝色或者绿色颜色分量的光时，将例如已经掺杂有Mg的GaN用于P型半导体层601的材料。当发光元件100出射具有红色颜色分量的光时，将例如已经掺杂有Zn的InGaAlP用于P型半导体层601的材料。将在下面描述一种用于制造在图6中示意的波长板层的方法。首先，将光阻材料涂布到P型半导体层601的背面上。接着，通过使用光掩模而暴光和显影，将光阻材料图案化成条纹形状。接着，通过使用用于掩模的图案化光阻材料的蚀刻而在P型半导体层601的背面上形成条纹形凹槽602。最后，将光阻材料移除。图7是示意在图6中示意的波长板层中在波长和效率之间的关系的计算实例的视图。在计算中，假设如下情形，其中发光元件100出射具有蓝色颜色分量的光；并且将GaN用于P型半导体层601的材料，并且将Al用于反射层102的材料。另外，将凹槽602的周期设定为lOOnm，其宽度设定为50nm，并且其深度设定为215nm。在图中，水平轴表示波长，并且竖直轴表不效率。另外，实心圆表不TE偏振分量(与凹槽602的凸部的纵向方向平行的偏振分量)的反射率，并且空心圆表不TM偏振分量(与凹槽602的凸部的纵向方向垂直的偏振分量)的透射率。这里，反射率是从波长板层朝向偏振层107侧出射的光相对于已经从偏振层107侧在波长板层上入射的光的比率。在450nm的波长附近，TE偏振分量的反射率和TM偏振分量的透射率是闻的，并且理解到利用将这个波长板层和反射层102组合的方法形成的层反射TE偏振分量和TM偏振 分量这两者。在450nm的波长下，TE偏振分量的反射率是84%,并且TM偏振分量的透射率是 91%。图8是示意在图6中示意的波长板层中在波长和相位差之间的关系的计算实例的视图。计算条件与在图7中描述的相同。在图中的水平轴表示波长，并且竖直轴表示由往复通过波长板层而给予的、在TE偏振分量和TM偏振分量之间的相位差。在450nm的波长附近，该相位差是大致180°，并且理解到利用将这个波长板层和反射层102组合的方法形成的层用作反射型的1/2波长板。在450nm的波长处，该相位差是 174。。由往复通过波长板层而给予的、在TE偏振分量和TM偏振分量之间的相位差并不需要是大致180°，而是还可以小于180°。此时，将已经从偏振层107侧入射在波长板层上并且具有图6中的Y轴方向的偏振方向的线偏振光(无任何在图6中的X轴方向上的偏振分量的光)从波长板层朝向偏振层107侧出射作为具有在图6中的X轴方向上的偏振分量的光。可以利用降低由往复通过波长板层而给予的、在TE偏振分量和TM偏振分量之间的相位差的方法来使得凹槽602的深度更浅，并且波长板层易于制造。图9是示意使用根据本发明的发光元件的图像显示装置的一个示例性实施例的结构的框图。本示例性实施例的图像显示装置是通过使用由多个像素构成的液晶显示器元件903R、903G和903B而形成图像的装置，并且每一个像素均具有可以分别地控制其取向方向的液晶分子。在图9中示意的图像显示装置包括产生红色光的光源单元901R、产生绿色光的光源单元901G和产生蓝色光的光源单元901B。这些光源单元是使用已经参考图I到图8描述的、根据本发明的一个或者多个发光元件而构造的。已经在光源单元901R中产生的红色光通过聚光透镜902R照射显示用于红色的图像的液晶显示器元件903R，并且由此在液晶显示器元件903R中产生的红色图像光入射在颜色合成棱镜904上。已经在光源单元901G中产生的绿色光通过聚光透镜902G照射显示用于绿色的图像的液晶显示器元件903G，并且由此在液晶显示器元件903G中产生的绿色图像光入射在颜色合成棱镜904上。已经在光源单元901B中产生的蓝色光通过聚光透镜902B照射显示用于蓝色的图像的液晶显示器元件903B，并且由此在液晶显示器元件903B中产生的蓝色图像光入射在颜色合成棱镜904上。已经入射在颜色合成棱镜904上的红色图像光、绿色图像光和蓝色图像光在颜色合成棱镜904中合成，并且合成图像光通过投影透镜905投影到屏幕上。与包括使用其中出射光的偏振态并不一致的光源单元的类似结构的图像显示装置相比，本示例性实施例的图像显示装置在液晶显示器元件903R、903G和903B中不产生50%的光损耗，并且相应地能够将它的亮度提高至被比较装置的亮度的两倍。图10是示意使用根据本发明的发光元件的图像显示装置的另一示例性实施例的结构的框图。本示例性实施例的图像显示装置是通过使用由多个像素构成的微镜1004而形成图像的装置，并且每一个像素均具有可以分别地控制其角度的微镜。在图10中示意的图像显示装置包括产生红色光的光源单元1001R、产生绿色光的 光源单元1001G，和产生蓝色光的光源单元1001B。这些光源单元是使用已经参考图I到图 8描述的、根据本发明的一个或者多个发光元件而构造的。已经在光源单元1001R中产生的红色光通过聚光透镜1002R入射在颜色合成棱镜1003上。已经在光源单元1001G中产生的红色光通过聚光透镜1002G入射在颜色合成棱镜1003上。已经在光源单元1001B中产生的红色光通过聚光透镜1002B入射在颜色合成棱镜1003上。可以控制光源单元1001R、光源单元1001G和光源单元1001B，从而可以轮流地切换每一种颜色的点亮状态，并且从颜色合成棱镜1003出射的红色光、绿色光和蓝色光轮流地照射微镜1004。微镜1004根据照射光的颜色轮流地显示图像。由此，将已经在微镜1004中产生的红色图像光、绿色图像光和蓝色图像光通过投影透镜1005轮流地投影到屏幕上。颜色合成棱镜1003反射红色光的全部的S偏振分量，允许绿色光的全部的P偏振分量从其中通过并且反射蓝色光的全部的S偏振分量；但是仅仅反射红色光的P偏振分量的一部分，仅仅允许绿色光的S偏振分量的一部分从其中通过并且仅仅反射蓝色光的P偏振分量的一部分。因此，当从光源单元出射的光的偏振态不一致时，在红色光、绿色光和蓝色光中的任何一种之中，在颜色合成棱镜1003中，在一个偏振分量中并不产生光损耗,但是在另一个偏振分量中产生光损耗。与此相反，当从光源单元出射的光是线偏振光时，如果红色光的S偏振分量、绿色光的P偏振分量和蓝色光的S偏振分量入射在颜色合成棱镜1003上，则在颜色合成棱镜1003中，在红色光、绿色光和蓝色光中的任何一种之中并不产生光损耗。换言之，与包括使用其中出射光的偏振态不一致的光源单元的类似结构的图像显示装置相比，本示例性实施例的图像显示装置在颜色合成棱镜1003中并不产生光损耗，并且相应地能够提高它的亮度。图11是示意使用根据本发明的发光元件的图像显示装置的另一示例性实施例的结构的框图。本示例性实施例的图像显示装置是通过使用由多个像素构成的微镜1105而形成图像的装置，并且每一个像素均具有可以分别地控制其角度的微镜。在图11中示意的图像显示装置包括产生红色光的光源单元1101RP和1101RS ；产生绿色光的光源单元IlOlGP和1101GS ;和产生蓝色光的光源单元1101BP和1101BS。这些光源单元是使用已经参考图I到图8描述的、根据本发明的一个或者多个发光元件而构造的。已经在光源单元1101RP和1101RS中产生的红色光分别地作为P偏振光和S偏振光入射在偏振光束分裂器1102R上。偏振光束分裂器1102R允许P偏振光从其中通过,并且反射S偏振光。相应地，已经在光源单元1101RP和1101RS中产生的红色光在偏振光束分裂器1102R中合成，并且合成的红色光通过聚光透镜1103R入射在颜色合成棱镜1104上。已经在光源单元1101GP和1101GS中产生的绿色光分别地作为P偏振光和S偏振光入射在偏振光束分裂器1102G上。偏振光束分裂器1102G允许P偏振光从其中通过,并且反射S偏振光。相应地，已经在光源单元1101GP和1101GS中产生的绿色光在偏振光束分裂器1102G中合成，并且合成的绿色光通过聚光透镜1103G入射在颜色合成棱镜1104上。
已经在光源单元1101BP和1101BS中产生的蓝色光分别地作为P偏振光和S偏振光入射在偏振光束分裂器1102B上。偏振光束分裂器1102B允许P偏振光从其中通过,并且反射S偏振光。相应地，已经在光源单元1101BP和1101BS中产生的蓝色光在偏振光束分裂器1102B中合成，并且合成的蓝色光通过聚光透镜1103B入射在颜色合成棱镜1104上。可以控制光源单元1101RP和1101RS、光源单元1101GP和1101GS以及光源单元1101BP和1101BS，从而可以轮流地切换每一种颜色的点亮状态，并且利用从颜色合成棱镜1104出射的红色光、绿色光和蓝色光轮流地照射微镜1105。微镜1105根据照射光的颜色轮流地显示图像。由此，将已经在微镜1105中产生的红色图像光、绿色图像光和蓝色图像光通过投影透镜1106轮流地投影到屏幕上。当从光源单兀出射的光的偏振态不一致时,在偏振光束分裂器中产生50%的光损耗，并且相应地，即使在图11中示意的图像显示装置与在包括图10中示意的结构的图像显示装置中的光源单元数目相比具有两倍数目的光源单元，在图11中示意的图像显示装置也不能提高亮度。与此相反，当从光源单元出射的光是线偏振光时，在偏振光束分裂器中不产生50%的光损耗，并且相应地，在图11中示意的图像显示装置通过与包括图10中示意的结构的图像显示装置的光源单元数目相比具有两倍数目的光源单元，在图11中示意的图像显示装置能够将亮度提高多达两倍。图12是示意在图9中示意的图像显示装置的驱动系统的结构的视图。驱动电路1202R、1202G和1202B分别地驱动光源单元901R、901G和901B。由此，当图像显示操作时，光源单元901R、901G和901B总是处于照明状态中。作为参考，光源单元90IR、90IG和90IB还可以被一个驱动电路驱动。图像信号处理电路1201根据由外部PC (个人计算机)、图像再现设备等给予的输入图像信号产生用于显示用于红色的图像、用于绿色的图像和用于蓝色的图像的信号，并且向驱动电路1203R、1203G和1203B供应分别的信号。驱动电路1203RU203G和1203B根据从图像信号处理电路1201供应的信号分别地驱动液晶显示器元件903R、903G和903B。由此，液晶显示器元件903R、903G和903B分别地显示用于红色的图像、用于绿色的图像和用于蓝色的图像。图13是示意在图10中示意的图像显示装置的驱动系统的结构的视图。
图像信号处理电路1301根据由外部PC、图像再现设备等给予的输入图像信号产生用于显示用于红色的图像、用于绿色的图像和用于蓝色的图像的信号，并且轮流地向驱动电路1303供应这些信号。另外，图像信号处理电路1301在向驱动电路1303供应用于显示用于红色的图像的信号的同时，产生用于产生红色光的信号并且向驱动电路1302R供应这个信号；在向驱动电路1303供应用于显示用于绿色的图像的信号的同时，产生用于产生绿色光的信号并且向驱动电路1302G供应这个信号；并且在向驱动电路1303供应用于显示用于蓝色的图像的信号的同时，产生用于产生蓝色光的信号并且向驱动电路1302B供应这个信号。驱动电路1303根据从图像信号处理电路1301供应的信号驱动微镜1004。由此，微镜1004轮流地显示用于红色的图像、用于绿色的图像和用于蓝色的图像。驱动电路1302RU302G和1302B根据从图像信号处理电路1301供应的信号分别 地驱动光源单元1001R、1001G和1001B。由此，当微镜1004显示用于红色的图像时，光源单元1001R点亮，当微镜1004显示用于绿色的图像时，光源单元1001G点亮，并且当微镜1004显示用于蓝色的图像时，光源单元1001B点亮。图14是示意在图11中示意的图像显示装置的驱动系统的结构的视图。图像信号处理电路1401根据由外部PC、图像再现设备等给予的输入图像信号产生用于显示用于红色的图像、用于绿色的图像和用于蓝色的图像的信号，并且轮流地向驱动电路1403供应这些信号。另外，图像信号处理电路1401在向驱动电路1403供应用于显示用于红色的图像的信号的同时，产生用于产生红色光的信号并且向驱动电路1402RP和1402RS供应这个信号；在向驱动电路1403供应用于显示用于绿色的图像的信号的同时，产生用于产生绿色光的信号并且向驱动电路1402GP和1402GS供应这个信号；并且在向驱动电路1403供应用于显示用于蓝色的图像的信号的同时，产生用于产生蓝色光的信号并且向驱动电路1402BP和1402BS供应这个信号。驱动电路1403根据从图像信号处理电路1401供应的信号驱动微镜1105。由此，微镜1105轮流地显示用于红色的图像、用于绿色的图像和用于蓝色的图像。驱动电路1402RP、1402RS、1402GP、1402GS、1402BP 和 1402BS 根据从图像信号处理电路1401供应的信号分别地驱动光源单元1101RP、1101RS、1101GP、1101GS、1101BP和IlOlBS0由此，当微镜1105显示用于红色的图像时，光源单元1101RP和1101RS点亮，当微镜1004显示用于绿色的图像时，光源单元1101GP和1101GS点亮，并且当微镜1004显示用于蓝色的图像时，光源单元1101BP和1101BS点亮。该专利申请要求基于在2010年I月7日申请的JP2010-002068的优先权，其公开由此在这里通过引用而以其整体并入。附图标记列表100发光元件101 基台102反射层103波长板层104 P型半导体层
105活性层
106 N型半导体层107偏振层
权利要求
1.一种发光元件，所述发光元件包括由产生光的半导体构成的活性层，所述发光元件包括 偏振层，所述偏振层在于所述活性层中产生的光中允许在第一方向上的偏振分量从其中通过，反射在与所述第一方向垂直的第二方向上的偏振分量，所述偏振层形成在与所述活性层同族的半导体上，并且包含与所述活性层同族的半导体或者金属； 反射层，所述反射层相对于所述活性层被设置在与所述偏振层相反的一侧中，并且反射该已经被所述偏振层反射的光；和 波长板层，所述波长板层被设置在所述偏振层和所述反射层之间，改变该已经被所述偏振层反射的光和该已经被所述反射层反射的光的偏振态，并且包含与所述活性层同族的半导体。
2.根据权利要求I所述的发光元件，其中 所述偏振层具有在与所述活性层同族的半导体上将金属形成为条纹形状的结构。
3.根据权利要求I所述的发光元件，其中 所述偏振层具有在与所述活性层同族的半导体上将形成为条纹形状的第一半导体和形成为条纹形状的第二半导体交替地堆叠的结构。
4.根据权利要求I所述的发光元件，其中 构成所述活性层的半导体是III-V族半导体，该III-V族半导体包括In、Ga和N，并且由其形成所述偏振层的半导体是所述III-V族半导体，该III-V族半导体包括Ga和N。
5.根据权利要求I所述的发光元件，其中 构成所述活性层的半导体是III-V族半导体，该III-V族半导体包括In、Ga、Al和P，并且由其形成所述偏振层的半导体是III-V族半导体，该III-V族半导体包括In、Ga、Al和P。
6.根据权利要求I所述的发光元件，其中 所述波长板层具有将半导体形成为条纹形状的结构。
7.根据权利要求I所述的发光元件，其中 构成所述活性层的半导体是III-V族半导体，该III-V族半导体包括IruGa和N，并且在所述波长板层中包括的半导体是III-V族半导体，该III-V族半导体包括Ga和N。
8.根据权利要求I所述的发光元件，其中 构成所述活性层的半导体是III-V族半导体，该III-V族半导体包括In、Ga、Al和P，并且在所述波长板层中包括的半导体是III-V族半导体，该III-V族半导体包括In、Ga、Al和P。
9.一种使用根据权利要求I到8中任何一项所述的发光元件的图像显示装置。
全文摘要
本发明公开了一种出射线偏振光并且具有高效率和良好生产率的发光元件。该发光元件能够构造为具有更高亮度。具体公开了一种包括由产生光的半导体构成的活性层的该发光元件，其特征在于还包括偏振层，该偏振层在于活性层中产生的光中透射在第一方向上的偏振分量，并且反射在与第一方向垂直的第二方向上的偏振分量，所述偏振层在与活性层同族的半导体上形成，并且包含与活性层同族的半导体或者金属；反射层，该反射层相对于活性层被设置在与偏振层相反的一侧中，并且反射已经被偏振层反射的光；和波长板层，该波长板层被设置在偏振层和反射层之间，并且改变已经被偏振层反射的光和已经被反射层反射的光的偏振态，并且包含与活性层同族的半导体。
文档编号H01L33/24GK102714257SQ201180005520
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月5日 优先权日2010年1月7日
发明者片山龙一 申请人:日本电气株式会社